GSM-R無線干擾監測的研究

楊 勝　馮遂濤　何 兵　張 鵬

（深圳市桑達無線通訊技術有限公司，廣東深圳 518057）

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GSM-R無線干擾監測的研究

楊 勝馮遂濤何 兵張 鵬

（深圳市桑達無線通訊技術有限公司，廣東深圳 518057）

在當前鐵路運營中，GSM-R系統極易受到非法電臺、GSM和CDMA基站等干擾，這些不易定位的干擾會危及鐵路交通安全。提出在GSM-R基站附近加裝無線干擾監測站的思路來完成對干擾信號類型、干擾原因及干擾源定位的判別，較好地實現GSM-R網絡的凈空，并具有實時的特點。

GSM-R；無線監測站；干擾；數據中心

我國原鐵道部于2000年底將GSM-R作為鐵路專用通信系統正式引入，截至當前，GSM-R系統已經在鐵路列調、列車控制、客車運行安全監控和貨列尾等系統中得到廣泛應用，因此，GSM-R系統的正常運行與鐵路運輸安全息息相關。在政策上，為支持鐵路GSM-R系統的發展，原信息產業部將885-889/930-934 MHz頻段收回并專門分配給GSM-R系統，從根本上排除了GSM-R系統受GSM系統同頻干擾的可能［1-3］。但是，國家無線電監測中心通過對武廣、合武、廣深四線、廣珠線、廣深港、北京動車段、滬寧線、滬杭、京滬等重要鐵路沿線的無線信號進行監測，發現仍然有部分干擾存在，并且經過進一步分析，發現這些干擾主要是由于設備老化、站臺參數設置變化、非法使用等原因造成的，而且這些干擾存在不易定位的特點，給正常的鐵路運營帶來很多潛在的安全隱患［4，5］。當GSM-R網絡因為受到干擾影響到列車運行時，可能會造成列車停止運行來確保安全，只能事后去現場使用頻譜儀來排除干擾。為解決這一問題，本文提出一種實時處理干擾的設計方案：首先利用安裝在GSM-R基站附近的無線干擾監測設備，對基站附近的無線信號進行實時捕獲，其次，通過對無線信號的分析找出干擾GSM-R的信號，并將干擾信號相關信息通過千兆網上報給數據中心，最后數據中心根據這些信息定位出干擾源。所以數據中心能夠實時了解各鐵路沿線的干擾情況，后續對這些干擾源進行處理就可以保證GSM-R網絡正常，最終鐵路運營的安全就可以得到有效的保障。

1　GSM-R干擾類型分析

1）公網GSM干擾：公網GSM基站和GSM-R基站除了使用的頻段不同以外，其他沒有任何區別。公網GSM信號的帶外頻譜、三階交調和五階交調信號等會落入GSM-R頻段內，造成對GSM-R系統的干擾。不僅如此，公網GSM基站的硬件或軟件參數發生變化，也會導致對GSM-R系統的干擾。

2）CDMA系統的干擾： CDMA系統的工作頻段為825-835/870-880 MHz，其下行信號與GSM-R系統間只有5 MHz的保護帶。根據CDMA技術規范可知，CDMA的有效頻段覆蓋為824-849/869-894 MHz，其雜散信號會對GSM-R的上行造成干擾。

3）數字集群和對講系統的干擾：該系統工作頻段為351-358/361-368 MHz，372-379/382-389 MHz，450-470 MHz，806-821/851-866 MHz，其中450-470 MHz頻段的2倍頻為900-940 MHz，覆蓋了GSM-R系統的下行頻段，造成對GSM-R系統的干擾。

4）非法信號的干擾：當前在鐵路兩側存在很多不可知的非法基站或大功率電臺，它們的工作頻率可能會與GSM-R頻段相同或鄰近，造成同頻或鄰頻干擾；它們的發射信號強度很大，也未作任何的帶外抑制處理，會對GSM-R網絡造成阻塞干擾。

2　GSM-R無線干擾監測原理

2.1系統構架

GSM-R無線干擾監測系統由無線電監測站和數據中心組成。如圖1所示，其中無線電監測站功能為接收GSM-R、GSM和CDMA工作頻段內所有的無線信號，并對接收到的信號進行解碼。一旦發現干擾信號，立即將結果上報數據中心，同時存儲實時頻譜并分析結果；數據中心將各無線監測站的信息匯總，并對這些干擾信息進行綜合分析，找出干擾源。

2.2無線電監測小站功能

1）測量：無線干擾監測站具有2通道，其中通道1和通道2以25 kHz/12.5 kHz的分辨率分別對GSM-R上行4 MHz帶寬（885-889 MHz）和GSM-R下行4 MHz（930-934 MHz）內的無線信號進行實時捕獲；測量并記錄GSM-R頻道內的底噪、信號頻點、信號強度及占用帶寬，并根據多次測量值形成標準的模板。通道1也能以5 GHz/s（掃描帶寬為5 MHz）的掃描速度對30 MHz-3 GHz的頻率范圍內的無線信號進行掃描，獲取并保存可能對GSM-R造成干擾的無線信號頻點、信號強度及占用帶寬。

2）識別及解碼：對GSM-R基站信號進行解碼，獲取GSM-R基站的配置信息，如基站ID、運營商編號、基站載波配置、用戶接入等級、載干比（C/I）及GSM-R基站的鄰區頻點信息；對GSM下行信號進行解碼，獲取GSM基站ID，運營商編號、載波配置信息、用戶接入等級及鄰區頻點信息；對CDMA下行信號進行解碼，獲取CDMA基站ID，載波配置及運營商編號。

3）分析判決：根據實時的測量和解碼結果，可對GSM-R頻段上的干擾信號進行分析，分析判決流程如圖2所示。如發現可疑干擾，迅速向數據中心上報告警信息，其中告警信息內容必須包含:提交告警信息的無線干擾監測站ID，干擾信號IQ數據、干擾信號頻點、干擾信號調制類型、干擾信號強度及干擾信號類型。

2.3數據中心功能

1）干擾源分析：根據各無線監測站上報的告警信息，找出干擾源。若為GSM、CDMA基站干擾，則根據基站ID快速定位干擾來源的基站地址；若為其他類型干擾，根據鄰近無線監測站上報干擾信號的強度，定位出干擾源區域，最后鎖定干擾源。數據中心也可根據需要，獲取到無線監測站發生干擾時的實時頻譜IQ數據，并在后臺對這些數據進一步處理分析。

2）地圖顯示：將鐵路線路、無線干擾監測站、數據中心等位置在地圖上顯示出來，根據無線干擾監測站的告警信息，分別用不同顏色標示出各區域的干擾嚴重程度，同時也把對干擾來源的分析結果顯示出來。數據中心的地圖顯示功能如圖3所示。

3　結論

本文提出的GSM-R無線干擾監測系統能實時發現干擾，并且直觀的將干擾源位置、干擾類型及干擾原因標識出來，為消除GSM-R干擾提供了一種高效的方法，從而凈化了整個GSM-R網絡，實時保證了鐵路運輸的安全。

［1］信部無函［2003］394號 關于鐵路專用GSM-R移動通信系統使用頻率及相關問題的函［S］.

［2］信部無函［2007］136號 關于鐵道部和中國移動公用900MHz移動通信網頻率資源問題的函［S］.

［3］信部無函［2009］618號 關于中國移動通信集團公司使用蜂窩移動通信系統頻率的批復［S］.

［4］趙武元.GSM-R移動通信系統干擾分析及查找［J］.鐵道通信信號，2009，45（12）：55-57.

［5］龍騰.GSM-R網絡中同頻干擾檢測與分析［J］.鐵道通信信號，2008，44（2）：48-50.

［6］鮑節爾.GSM-R干擾分析和解決［J］.鐵路通信信號工程技術，2011，8（6）：7-8.

In present operation of high-speed railways， GSM-R systems often suffer interferences from illegal radio stations and base stations of GSM and CDMA. These interferences are very diffi cult to be located， which greatly endanger the railway transportation safety. The paper puts forward an idea of setting wireless interference monitoring station nearby GSM-R base station to distinguish types， causes and origin of the interferences and achieve the clean of GSM-R network with characteristics of real-time processing. Keywords: GSM-R； wireless interference monitoring station； interference； data center

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.012

2015-10-08）